· Web viewBAC STI ELECTRONIQUE 2006. CONTROLEUR D'ACCES Controleur d'accès Objet technique modifié. Sommaire. I/ Présentation p3. II/ Etude de la variation d'un moteur piloté

BAC STI Electronique 2006 Controleur d'accès

ARCHAMBEAUTony

BAC STI ELECTRONIQUE 2006CONTROLEUR D'ACCES

Controleur d'accès Objet technique modifié

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Sommaire

I/ Présentation p3

II/ Etude de la variation d'un moteur piloté par une commande p6

III/ Etude de l'ouverture et de la fermeture de la porte p8

IV/ Etude de la vitesse d'ouverture de la porte à partir des optocoupleurs p15

V/ Etude de l'algorithme p18

VI/ Etude de la gestion du clavier et de l'émission des bips p22

VII/ Etude du rétro éclairage p26

VIII/ Etude de la communication ASCII entre le DC11 et le SR32i p28

IX/ Conclusion p33

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I/Présentation

1- Mise en situation

Dans les institutions de soin il est souvent préférable de posséder des portes à ouverture automatique, afin de faciliter l'accès à des clients handicapés. Mais ces portes sont également utiles pour assurer la sécurité à l'intérieur des bâtiments. En effet, elles permettent de laisser rentrer les visiteurs à certains horaires (grâce à des capteurs). Puis, en dehors de ces horaires elles laissent rentrer le personnel médical à l'aide d'une carte magnétique ou d'un code (selon le niveau de sécurité nécessaire).

La polyclinique de l'atlantique de saint herblain, a décidé d'équiper son service orthopédique de 50 portes automatiques (de marque: "BESAM"), qui sont toutes gérées par un même logiciel dans le poste de sécurité.

Ces portes automatiques représenteront l'Objet Technique Existant (O.T.E.).

2- Ouverture de la porte

1) Conditions d'ouverture de la porte

a) Pendant les horaires de visite:

La présence d'un visiteur dans la zone de détection du radar permet de détecter le visiteur, et donc d'ouvrir la porte. Si ce visiteur reste dans cette zone, alors la porte restera ouverte (sauf s'il ne fait plus aucun geste, alors le radar ne détectera pas de présence).

b) Hors des horaires de visite:

Les visites sont interdites, donc le radar est inactif, et la porte s'ouvre donc seulement aux divers médecins et agents de sécurité de la polyclinique. Pour l'ouvrir il faut utiliser le lecteur de badge et/ou le code confidentiel.

2) Cycle de l'ouverture et de la fermeture de la porte(voir aussi annexe 6)

La porte s'ouvrira selon ce schéma:

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PV : Petite Vitesse GV : Grande Vitesseθmax : Angle d'ouverture maximum (par rapport à la position de porte fermée)

3- Diagramme sagittal

4- Distinction OTM et OTM

O.T.M. = Objet Technique ModifierO.T.E. = Objet Technique Existant

Il faut noter la distinction entre l'O.T.M. et l'O.T.E., en effet, l'objet technique étudié est le contrôleur d'accès dans sa situation d'origine, c'est à dire à la polyclinique de l'atlantique. Pour pouvoir l'étudier, il a fallu recréer l'environnement de l'O.T.E., mais en plus abordable. Donc l'O.T.Modifier c'est celui qui est utilisé dans les TP.

Les principales différences sont:- Les demandes d'accès: Dans l'OTE il y a un radar qui détecte pendant les horaires de

visite les visiteurs qui arrivent, et sur l'OTM ce radar ne sera pas étudié. De même pour ce qui concerne la carte magnétique, dans l'OTE elle existe, mais pas dans l'OTM ou l'on a retiré cette fonctionnalité. Donc dans l'OTM il ne restera plus que le code numérique à rentrer.

-La constitution: La carte SR32i de l'OTE à été remplacée par un logiciel dans l'OTM, entre autre pour faire des économies. De plus, l'ouvre porte BESAM de l'OTE a été remplacé par une carte de gestion du moteur + un ouvre porte 'miniature'. Enfin le central de porte de l'OTE a été simplifié pour donner la carte DC11.

-Le cheminement des informations: Dans l'OTE la liaison entre la carte SR32i et la centrale de porte DC11 est une liaison RS485 cryptée, tandis que sur l'OTM cette liaison reliant donc l'ordinateur à la carte DC11 s'effectue par un cable 9 broches série.

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-Voici un schéma récapitulatif des différences:

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5- Fonctions(Voir en annexe 1 et 2 les schémas structurels)

FP3 (BC43): Gestion des deux boîtiers d'accès clavierFS31: Production de chaleurFS32: Identification touche et choix clavierFS33: Détection sabotageFS34: Conversion électrique/lumineuseFS35: Production d'un BIPFS36: Affichage du fonctionnementFS37: Protection contre les surtensionsFS38: Gestion des informations des 2 claviers d'accès

FP4 (DC11): Traitement des informations reçues pour la commande ou non de l'ouvre porteFS41: Sélection de l'adresseFS42: Surveillance de l'alimentationFS43: Détection sabotageFS44: Détection de la position de la porte et de la commande manuelleFS45: Conversion électrique/lumineuseFS46: Isolement galvaniqueFS47: Protection contre les surtensionsFS48: Adaptation de tensionFS49: Gestion des informations

II/ Etude de la variation d'un moteur piloté par une commande

1- Introduction

Il va être étudié ici le principe d'un montage pont en H. Cette étude va permettre de voir une application sur la commande de la vitesse d'un moteur à courant continu.

2- Courbes de la tension et du courant aux bornes du moteur

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D'après le premier relevé il est possible de déterminer la valeur moyenne aux bornes du moteur qui est de 4,91V (voir l'oscilloscope)Le deuxième chronogramme permet de visualiser la tension image du courant aux bornes du moteur. Puisque la résistance du bobinage est de 4,9Ω, alors grâce à une loi d'ohm il est possible de savoir la valeur du courant qui parcoure le moteur.Soit: Imot = Umot / 4,9(Ω) = 0,25 / 4,9 = 51mA au maximum aux bornes du moteur.

2- Schéma explicatif du pont en H

1er cas: 2ème cas:

i est croissant i est décroissant

i max = 53mA i max = 53mAi min = -195mA i min = -195mA

3- Formule pour calculer <Vmoteur> selon le rapport cyclique

au Niveau Logique 1: Vmot = 12Vau Niveau Logique 0: Vmot = -12V

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<Vmot> = aire/T = (12α T + (-12)x( T (1 – α ))) / T = 12 α - 12 + 12 α

Exemple avec α =20%: <Vmot> = 12 α - 12 + 12 α = 12x (0,2) – 12 + 12 x (0,2) = 2,4 - 12 + 2,4 = -7,2V

4- Variation du rapport cyclique

5- Conclusion

Le rapport cyclique influe sur la vitesse et le sens du moteur. En effet, plus α est faible et plus le moteur tournera vite dans le sens horaire. Puis, au fur et à mesure que le rapport cyclique augmentera, le moteur ralentira jusqu'à s'arrêter lorsque α sera proche de 50%. Enfin, le moteur tournera de plus en plus vite dans le sens anti-horaire lorsque α continuera d'augmenter jusqu'à atteindre 100% (où là le moteur sera à pleine vitesse dans le sens anti-horaire).

6- Remarque sur l'Objet Technique Existant

Dans l'objet technique existant la porte est beaucoup plus grande, de ce fait le moteur est plus puissant. En effet dans le système existant pour une porte STL la tension d'alimentation est de 240V ; 50Hz et la puissance absorbée (maxi) est de 200W.-La question à se poser est: "est-ce que cette carte pourrait allez sur l'OTE sans modification?"Dans la documentation des transistors IRF520 (soit les transistors MOS-FET: Q3, Q4, Q5, Q6), le courant maximal est de 9,2A.Si la carte était ainsi installée sur l'OTE, alors le courant maximum serait de: 200W/24V = 8,33AIl est alors possible d'installer la carte sur l'Objet Technique Existant mais à condition de mettre un dissipateur thermique.

III/ Etude de l'ouverture et de la fermeture de la porte

1- Introduction

Dans cette étude il y aura une analyse pour connaître les signaux qui commandent au moteur de tourner, soit les signaux d'entrée de la fonction FP3 de l'ouvre porte.

Enfin, il y aura également la programmation d'un cycle d'ouverture et de fermeture.

2- Vérification des structures

1) Vérification qu'il est nécessaire d'utiliser une interface de puissance

A l'aide du document constructeur (ci-dessous) du PIC16F870, il est possible d'en

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déduire que le niveau de tension correspondant au Niveau Logique 1 d'une sortie est de: VDD-0,7=4,5-0,7=3,8V. Et la capacité en courant d'une sortie du PIC est de: IOH=3mA.

Condition de mesure

Sachant que le moteur à courant continu est soumis à un couple résistant qui peut être important et que le courant nécessaire pour l'alimenter peut ainsi dépasser l'ampère, et que la tension d'alimentation du moteur à courant continu est de 12V, alors il sera nécessaire de placer une interface de puissance entre le microcontrôleur et le moteur car le moteur aura besoin de puissance pour fonctionner, et le microcontroleur ne peut pas lui fournir. Cette interface de puissance sera ainsi capable (contrairement au microcontroleur) d'alimenter le moteur avec une tension de +12V et avec un courant suffisant.

2) Vérification du dispositif de commande de moteur à courant continua) Relais ou transitor?

Pour faire tourner un moteur dans un sens puis dans un autre il suffit de changer le potentiel entre ses bornes. Cette fonction dans notre cas sera réalisée par un pont en: "H"(voir II/ 3).Pour faire tourner un moteur à vitesse variable, il faut pouvoir faire varier sa tension moyenne aux bornes de l'induit de ce dernier. Le moteur commencera alors à tourner à partir d'un certain seuil de tension (si la tension est trop basse, alors la force électromotrice ne peut pas vaincre les frottements). Lorsque ce seuil est dépassé la vitesse est proportionnelle à la valeur moyenne de la tension appliquée aux bornes du moteur.

La fréquence nécessaire au signal de commande du moteur doit être comprise:- En dehors de la gamme de fréquence: 20Hz à 20KHz (persistence rétinienne de

l'oreille humaine). Dans cette gamme de fréquence on entendrait le signal faire un bourdonnement ou un sifflement.

- Eviter les fréquences plus basses, car la rotation du moteur serait saccadée.- Donc il faut une fréquence supérieure ou égale à 20KHz.

Si la fréquence de commande du moteur est supérieure à 20KHz, alors la période correspondante sera inférieure à:

T=

T=50µs

Les interrupteurs commandés électriquement sont: "les relais" et "les transistors". Si on sélectionnait un relais alors celui-ci devrait fonctionner à un rythme très soutenu. En effet, il devrait

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s'ouvrir et se fermer toutes les 50µs. Pour des raisons mécaniques et physiques le relais n'aura peut-être même pas le temp de se fermer que déjà il recevra un ordre d'ouverture. Sa durée de vie serait réduite à cause de ces commutations qui sont trop rapides pour lui.

Remarque: un relais fonctionne, en général, dans des fréquences de 5Hz à 10Hz (5 à 10 commutations par seconde). Ici 20.000 commutations par seconde (20KHz) c'est beaucoup trop.Cependant, dans notre cas nous pouvons prendre un transistor qui lui, est habitué aux hautes fréquences, et qui n'aura donc pas de problème particulier (mis à part la dissipation de puissance qui ne doit pas être oubliée).

b) Justification du pont en H au profil d'autre solution technologique:

Figure 1 Figure 2

avantages: avantages:-Permet une rotation du moteur dans un -Permet une rotation du moteur dans unseul sens de rotation. seul sens de rotation.-Permet une rotation du moteur à vitesse -Permet une rotation du moteur à vitessevariable. variable.inconvénients: inconvénients:-pas de rotation dans les 2 sens. -pas de rotation dans les 2 sens.

Conclusion: La solution qui ne présente pas d'inconvénient c'est le pont en H.

3- Interface de puissance

1) Signaux de commande

Analyse des transistors

Les transitors utilisés sont de technologie: MOS-FET , et de type: canal N

Pour que les transistors soient ouvert il faut:|VGS| < VGSth min *avec VGSthmin = 2V (voir documentation constructeur)

soit: |VGS| < 2VPour que le transistor soit passant il faut:

|VGS| > VGSth max *avec VGSthmax = 4V (voir documentation constructeur)soit: |VGS| > 4V

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Vmot

M D

Rb

Commande

Vcc

MRb

D

Commande

Vmot


D'après tout ce qui a été dit il est possible de déterminer dans quel état doivent être les transistors Q6, Q5, Q4 et Q3 selon les signaux de commande C1, C2, C3 et C4. Toutes les données sont résumées dans l'annexe 5 à la fin du dossier.

2) Justification d'un seul signal de commande

Pour faire tourner le moteur il y a un seul signal de commande (signal: vitesse=C2), or il faut normalement 4 signaux pour contrôler les 4 transistors (Q3 à Q6).Pour remédier au problème il faut donc:

-Brancher C2 et C3 ensemble car ils sont tous les deux égaux pour: cas n°1 et cas n°2.-Brancher C1 et C4 ensemble car ils sont tous les deux égaux pour: cas n°1 et cas n°2

soit: C2 = C3 et C1 = C4de plus: C2 = C3 est toujours l'inverse de C1 = C4donc il faut complémenter les deux branchements précédent.

Schéma explicatif de la solution structurelle

Grâce à cette méthode il n'y a donc besoin d'utiliser qu'un seul signal de commande (C2).Cependant les contraintes de fonctionnement seraint plus simples si l'on choisissait de prendre 4 signaux de commandes.

3- Rôle du signal "inhibition"

Lorsque le microcontrôleur est réinitialisé (à chaque appuie sur "RESET"), les signaux vitesse et inhibition disparaissent, car les sorties du microcontrôleur se retrouvent en l'air.Et si elles sont en l'air alors (voir annexe 3) ce sont les résistances de polarisation R7 (pour vitesse) et R4 (pour inhibition) qui vont être sollicitées. En effet du fait de la résistance R7 le signal vitesse sera équivalent à un Niveau Logique 0, de plus du fait de la résistance R4, le transistor Q2 sera saturé.

Rappel: le moteur tourne proportionnellement à la valeur moyenne de la tension à ces bornes. Pour arrêter le moteur il faut donc que le signal de commande est son rapport cyclique à 50%.

Si il y a un appuie sur le bouton RESET, la valeur du signal de commande sera donc au NL0. Et lorsque vitesse est au Niveau Logique 0 alors la tension aux bornes du moteur est de -12V, ce qui fait donc tourner le moteur dans le sens horaire. L'appuie sur un bouton poussoir par une personne humaine dure au minimum 100ms, donc le moteur tournera dans le sens horaire pendant une

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période non négligable, il convient alors que la tension aux bornes du moteur soit nul pour que le moteur ne tourne pas.

(C2=vitesse)

C2=0V Q1: bloquéinhibition=1V Q2: bloqué

ainsi Q3 est fermé

Or lorsque C2=0V: (voir annexe 3 et annexe 5 qui récapitulent tous les niveaux logiques selon C2)Q7 :saturé => Q6:bloqué ; Q9:saturé => Q4:bloquéQ8:bloqué => Q5:passantQ1:bloqué ; Q2:saturé => Q3 est en bloqué (ainsi le moteur tourne).Si Q2 avait été bloqué, alors Q3 aurait été passant, donc le moteur n'aurait pas tourné.

Dans notre cas Q3 est fermé, donc le signal inhibition empêche le moteur de tourner lorsqu'il y a un appui sur le bouton RESET.

Tableau récapitulatif:

4- Vitesse variable

Dans cette partie il va être vu que la vitesse variable et les 2 sens de rotation sont bien réalisés.Le rapport cyclique est modifié à l'aide du potentiomètre PV (RV3). En effet il modifie la tension à ses bornes, cette tension est analysée par le microcontrôleur et ce dernier crée le signal vitesse avec un rapport cyclique en proportionnalité du signal qu'il a lu.Expérimentalement il a été vu que lorsque l'on modifie la valeur du potentiomètre le moteur à sa vitesse qui est modifiée, et le moteur peut aussi changer de sens.

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Remarque: Le potentiomètre permet également d'arrêter le moteur.

Schéma explicatif:

Résultat obtenu selon PV:(note: une sonde x10 à été utiliser, il faut donc pensez à multiplier par 10 les valeurs obtenue)

Moteur est arrété

-petite vitesse: tension continue PV=2,8V

-vitesse : signal carré avec α = 50%

Moteur sens1


-vitesse : signal carré avec α = 10% (environ)

Moteur sens2


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-vitesse : signal carré avec α = 85%

Conclusion: plus PV est élevée et plus le rapport cyclique du signal "vitesse" augmente. à: α=0,1 alors: sens1 à: α=0,5 alors: arret du moteur à: α=0,9 alors: sens2

Soit un tableau récapitulatif selon la valeur de consigne:

Conclusion: La valeur moyenne appliquée au moteur est proportionnelle à la vitesse du moteur, et à son sens de rotation.

-Lorsque la valeur moyenne appliquée au moteur est négative, alors le sens de rotation du moteur est horaire.-Lorsque la valeur moyenne appliquée au moteur est positive, alors le sens de rotation du moteur est anti-horaire.-Lorsque la valeur moyenne appliquée au moteur est presque nul, alors le moteur ne tourne plus.

Graphique du rapport cyclique en fonction de la consigne:

Ce schéma montre que plus

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la valeur de consigne augmente et plus le rapport cyclique diminue.

Graphique de Vmot moy en fonction de la consigne:

Ce schéma montre que plus la valeur de consigne augmente et plus la valeur moyenne aux bornes du moteur augmente.

5- Conclusion

D'après tout ce qui a été vu, il est possible de mettre cette carte dans l'OTE (la tension de 28V est suffisante pour faire tourner le moteur de la porte de l'OTE)Toute cette partie a également permis de voir qu'il n'y a qu'un seul signal de commande qui permet de faire tourner le moteur à vitesse variable malgré toutes les contraintes de fonctionnement que cela entraine.

IV/ Etude de la vitesse d'ouverture de la porte à partir des optocoupleurs

1- Introduction

Cette partie va permettre comme son nom l'indique de déterminer la vitesse d'ouverture de la porte en grande vitesse et en petite vitesse, à partir de l'exploitation des signaux des deux optocoupleurs. Cela va donc permettre d'étudier en partie les optocoupleurs, et d'analyser les résultats obtenus.

2- Etude de l'émetteur de l'optocoupleur

A partir d'une résistance shunt il sera possible de visualiser la tension image du courant aux bornes de la photodiode. En ayant le courant et la tension aux bornes de l'émetteur, il est alors

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possible de déterminer sa caractéristique ( If en fonction de Vf). De cette caractéristique, on peut en déduire le seuil de conduction de la diode qui est: Vf=1,2V.

Tableau de caractéristique de six diodes de différentes couleurs:

Dans notre cas la longueur d'onde pour laquelle la réponse relative du phototransistor utilisé est maximale est à: λ=1100nm

D'après la formule: λ= 1,24 / hv(eV) (formule pour des µm, donc: λ=1100nm=1,1µm)Alors l'énergie nécessaire pour émettre une radiation de 1100nm est de: ΔW= hv = 1,24/1,1Soit: ΔW=1,127eV

Sachant que le Germanium d'Arsenic (GaAs) à 330°K (température vers laquelle le phototransitor travaillera, correspond à 57° Celsius) a une énergie gap: ΔW=1,13eV, alors le semi-conducteur utilisé pour réaliser la diode électroluminescente est le silicium, puisque 1,13eV est presque égal à 1,127eV trouvé précédemment par le calcul.

En utilisant les 1,13eV du Germanium d'Arsenic on peut alors calculer λs, qui est alors égal à: λs= 1,24 / ΔWsoit: λs= 1,24/1,13= 1,09µm.

λs= 1,09µm.

Or pour avoir une émission de porteurs il faut que λ soit inférieur ou égal à λs.Pour λ=0,9µm, il y a bien émission de porteurs puisque λs=1,09µm est supérieur.

3- Etude du détecteur

Selon la caractéristique du phototransistor (Ic = f (Vce)), il est possible d'en déduire à Vce=5V la caractéristique de Ic en fonction de If. Cette caractéristique est une droite avec un coefficient directeur de:CTR= 14(mA)/30(mA) = 0,46Donc Ic est directement proportionnel à If.

4- Etude dynamique de l'optocoupleur

En visualisant les signaux op1 il est possible de déterminer son temps de montée qui est de 5ms, idem pour le temp de descente.Il y a un basculement de 'U2:A', à: Uop1= 2,68V et à: Uop1=1,76V.U2:A est un porte inverseuse à hystérésis, et le temps du cycle hystérésis est de 31,6ms.

CH1= op1 (signal avecun temps demonté de 5ms)

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CH2= opto1

2,68V 1,68V

31,6ms

A partir des signaux opto1 et opto2, il est possible de déterminer les instants où le faisceau infrarouge est occulté par la roue dentée. En effet, l'occultation du faisceau entraine les phototransistors à l'état bloqué, donc op1 et op2 sont au Niveau Logique 1, donc opto1 et opto2 qui sont complémentés sont au NL0:

CH1=opto2

CH2=opto1

Occultation du faisceau infrarouge

Sachant que la roue dentée est composée de 50 dents, alors en connaissant la fréquence des signaux opto1 et opto2 il possible de déterminer la vitesse de rotation du moteur.Formule: f = nombre de dents x n(tr/min) / 60 (s)

Soit: n = f(tr/min) x 60 / 50 50 représente les 50 dents de la roue, et 60 c'est parce que la vitesse est en tour/minute

Remarque:Période des signaux en Grande Vitesse: T=93ms (soit f= 10,7Hz)Période des signaux en Petite Vitesse: T=460ms (soit f= 2,17Hz)

Donc la vitesse de rotation du moteur est de:nmot = 12,9tr/min (en Grande Vitesse)nmot = 2,6tr/min (en Petite Vitesse)

Sachant le rapport de réduction: r = diamètre de la grande roue / diamètre de la petite roue

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soit: r = 62 / 22,5 = 2,75Il est alors possible de déterminer la vitesse de rotation de la porte.

-La vitesse de rotation de la porte est:en Grande Vitesse : nporte = nmot / r = 12,9/2,75 = 4,68 tr/minen Petite Vitesse : nporte = nmot / r = 2,6/2,75 = 0,94 tr/min

-La vitesse de rotation de la porte est plus 'parlante' lorsqu'elle est en vitesse angulaire, soit:1tour= 360° et 1minute=60sdonc en GV : 4,68 (tr/min) x 360 / 60 = 28,08°/sainsi en PV : 0,94(tr/min) x 360 / 60 = 5,64°/s

-connaissant le temp d'ouverture de la porte en Grande Vitesse et en Petite Vitesse il est alors possible de vérifier ces résultats par le nombre de degré d'ouverture de la porte suivant la vitesse.Rappel: la porte s'ouvre de 75° en Grande Vitesse, puis elle finit les 15° restant en Petite Vitesse

En Grande Vitesse (durée d'ouverture: 2,76 secondes): 28,08(°/s) x 2,76(s) = 77,5°77,5° est assez proche de 75° compte tenue des valeurs approcher qui on été prise à la suite des calculs.En Petite Vitesse (durée d'ouverture: 2,1 secondes): 5,64(°/s) x 2,1(s) = 11,54°11,54 est assez proche de 15° compte tenue des valeurs approcher qui on été prise à la suite des calculs.Donc les valeurs qui ont été calculées sont conformes à ce que nous attendions.

5- Conclusion

Toute cette partie nous a permis d'étudier un codeur incrémentale. Cela va donc permettre de savoir à tout instant la position de la porte, ainsi que ses changements de vitesse. C'est d'ailleurs grâce aux changements de vitesse de la porte qu'il sera possible de déterminer si il y a un blocage sur la porte (car si il y a un obstacle la vitesse va diminuer).

V/ Etude de l'algorithme

1- Introduction

Cette étude a pour objectif de mettre en oeuvre la maquette de l'ouvre porte, pour ce faire il y aura besoin d'utiliser un compilateur et un programmateur. L'autre objectif sera de caractériser un cycle de fonctionnement.

2- Analyse du programme (voir annexe 6)

-Rappel: FP1: détection de la position de la porteFS11: Conversion angle/tension (opto1 ; opto2 ; roue denté)FS12: Détection du sens de rotationFS13: Comptage (fonction logiciel)

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-Calcul du rapport entre le nombre d'impulsions de la variable "position" et le nombre de degrés d'ouverture de la porte:

pour 35 degrés il y a 15 impulsions. Alors r = 35/15 = 2,33 (voir remarque juste après les deux exemples)

Grâce à ce rapport il est alors possible de remplir le programme avec une plus grande précision

-Exemple1: ouverture de la porte jusqu'à 75° (programme: Groom_ouvre_la_porte.c)// Ouvre la porte d'un nombre d'impulsions précis#include "Groom.h"

void main (void){

initialisation();while(1){

StopPorte(); // arrêt portewhile(depart); // attente appui sur BP depart

while (position<107) OuvrePorte(GrandeVitesse); // ouvre la porte jusqu'à :} // position=107, soit jusqu'à 75°

}

-Exemple2: ouverture de la porte normalement (programme: Groom_sans_obstacle.c)// exécute le cycle ouverture / fermeture de la porte// les paramètres PetiteVitesse, GrandeVitesse, angle d'ouverture, durée maintien porte ouverte sont constants// noter : potentiomètres non utilisés// noter : pas de prise en compte du blocage porte

#include "Groom.h"

void main(void){initialisation();

while(1>0){StopPorte();while(depart);while(position<110) OuvrePorte(GrandeVitesse);while(position<130) OuvrePorte(PetiteVitesse);StopPorte();

delai=50; // temporisation 5swhile(delai>0);while(!depart); // maintien porte ouverte si ordre

// départ cycle maintenuwhile(position>27) FermePorte(GrandeVitesse);while(position>0) FermePorte(PetiteVitesse);}

}Remarque: Les valeurs en rouge sont les degrés de la porte. Ils sont déterminés par un produit en

croix.Soit: 107 = 75° ; 27 = 15° ; 110 = 75° ; 130 = 90° ; 0 = 0°

3- Détermination du sens par le programme

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Le programme permet de détecter le sens (ouverture ou fermeture) à partir des signaux émis par les deux optocoupleurs.

Signaux opto1 et opto2 à l'ouverture:

CH1 = opto1

CH2 = opto2

Signaux opto1 et opto2 à la fermeture:

CH1 = opto1

CH2 = opto2

En analysant on remarque que sur chaque front de opto1 (front montant ou front descendant) il y a:opto1 = opto2 (à l'ouverture)opto1 = /opto2 (à la fermeture)De même sur chaque front de opto2 il y a:opto2 = /opto1 (à l'ouverture)opto2 = opto1 (à la fermeture)Donc dans le programme principal il y a une variable "Evenement" qui provoque une interruption à chaque front de opto1 ou opto2. La durée entre deux évènement est suffisamment longue pour que le programme d'interruption s'exécute sans qu'il ne soit 'coupé' par un nouvel 'Evenement'.L'interruption est alors traitée par le programme suivant:

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avec sens = 1 => fermetureet sens = 0 => ouverture

Le programme Groom_sens.c peut alors être complété (voir annexe 7)

4- Conclusion

Cette fonction résume donc à partir de l'algorithme qu'il est possible de déterminer le sens dans lequel tourne la porte (ouverture ou fermeture), et qu'il est également possible de déterminer à tout instant la position de la porte (grâce au codeur incrémental). Pour finir, il est interessant de préciser, que si le programme principal n'a pas reçu un comptage ou décomptage pendant une période supérieure à celle prévue, alors il y a un blocage, il est donc indispensable d'arrêter la porte.Exemple: le temps à l'état bas de opto1 dure: 31ms (Grande Vitesse). Si à un moment ce temps est trop élevé, alors cela veut dire que la vitesse de la porte diminue, il y a probablement un blocage.VI/ Etude de la gestion du clavier et de l'émission des bips

1- Introduction

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Dans cette partie tous le programme principale de la carte BC43 va être éplucher. Ainsi il sera étudié la détection de touche, et la production d'un BIP lorsqu'une touche est appuyée va être analysé.

2- Elaboration du programme1) Initialisation

Rx7 Rx6 Rx5 Rx4 Rx3 Rx2 Rx1 Rx0 TRISx(hexadécimal)

PORT A 0 0 0 0 0 0 0 0 00PORT B 1 1 0 0 1 0 0 0 C8PORT C 1 0 0 0 0 0 0 1 81PORT D 0 0 0 0 1 1 1 1 0F

Remarque: 1=Input=entrée ; 0=Output=sortie(lorsqu'une patte est "en l'air" il est préférable de la placer en sortie pour éviter de récolter des parasites).

L'initialisation du programme peut alors être effectuez, soit:void Init(void)

{TRISA =0; // configure les sorties utilisées du port ATRISB =0xFD; // configure les sorties utilisées du port BTRISC =0x81; // configure les sorties utilisées du port CTRISD =0x0F; // configure les sorties utilisées du port DTRISE =0x07; // configure les sorties utilisées du port EPORTA =0x1E; // sélectionne aucune colonne}

-détail pour le port C: (voir en même temp l'annexe 1 (BC43))Le port C est composé de: RC0, RC1, RC2, RC3, RC4, RC5, RC6 RC7Selon la fonction réalisée il faudra que certains ports soient paramétrés en entrée et d'autre en sortie.Donc: RC0=1 (car c'est une entrée) ; RC1=RC2=RC4=0 (car "patte en l'air", donc: sortie)

RC3=0 (c'est une sortie) ; RC5=0 (sortie) ; RC6=0 (sortie) ; RC7=1 (entrée)

2) Production de BIP

Pour générer un son il faut alimenter le buzzer avec un signal rectangulaire de 833HHz (soit une période 1,2ms) pendant 120ms. Le programme correspondant est alors:void Bruitage(void)

{x=1;while (x<=100); // tant que x inférieur à 100

{x++; // incrémente de 1 à chaque foisRC3=0;Attendre(6); // attend 0,6msRC3=1;Attendre(6);}

}3) Clignotement de la LED jaune

La LED jaune doit s'allumer pendant 50ms. Le programme correspondant est alors:void Allumage_LedJaune(void)

{

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LedJaune =0; // LED jaune alluméAttendre(500); // attend 50msLedJaune =1; //LED jaune éteinte}

4) La fonction de lecture d'une touche

L'utilisation d'un clavier matricé rend plus compliquer de savoir quel touche à été appuyé. En effet, le clavier du BC43 est matricé, et le balyage s'effectue sur les colonnes par un Niveau Logique 0. Pour chaque colonne sélectionnée, il faut que l'état logique des lignes soit vérifié. Si une ligne est au Niveau Logique 0, c'est que la touche correspondant à la ligne est actionnée. Donc chaque touche est identifiépar le microcontrôleur par sa colonne et sa ligne.

Voici le segment de programme correspondant à la lecture des touches:

unsigned char LectureTouche(void) // la fonction lecture touche renvoit le code de la touche (octet)

{unsigned char Touche;Touche =relachee; // relachee correspondant à la variable: 255PORTA =0x0b11110111; // sélectionne la colonne C0switch(PORTD &0x0F) // teste les lignes L0 à L3

{case 0x0E : Touche =10; break; // si RD0 = 0 => alors touche "A"case 0x0D : Touche =7; break; // si RD1 = 0 => alors touche "7"case 0x0B : Touche =4; break; // si RD2 = 0 => alors touche "4" case 0x07 : Touche =1; // si RD4 = 0 => alors touche "1" }

PORTA =0x0b11111011; // sélectionne lacolonne C1switch(PORTD &0x0F) // teste les lignes L0 à L3

{case 0x0E : Touche =11; break; // si RD0 = 0 => alors touche "0"case 0x0D : Touche =8; break; // si RD1 = 0 => alors touche "8"case 0x0B : Touche =5; break; // si RD2 = 0 => alors touche "5"case 0x07 : Touche =2; // si RD4 = 0 => alors touche "2" }

PORTA =0x0b11111101; // sélectionne la colonne C2switch(PORTD &0x0F) // teste les lignes L0 à L3

{case 0x0E : Touche =12; break; // si RD0 = 0 => alors touche "B"case 0x0D : Touche =9; break; // si RD1 = 0 => alors touche "9"case 0x0B : Touche =6; break; // si RD2 = 0 => alors touche "6"case 0x07 : Touche =3; // si RD4 = 0 => alors touche "3"}

PORTA =0x1E; // remet toutes les colonnes à 1return(Touche); // renvoie le code de la touche appuyée (255 si

pas de touche)}

En relevant les signaux des 3 colonnes en concordance de temps (en mémorisant grâce à l'oscilloscope) il est possible de confirmer qu'il y a un balayage sur les colonnes car un Niveau Logique 0 est mit sur chaque colonnes alternativement une à une.

Exemple:

CH1 = C0 Remarque: La duré de balayage des

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trois colonnes est de: 23 x 3 = 69µsOr l'appuie sur une touche dure en

A = C1 général quelque centaine de ms. Donc la duré est suffisante pour pouvoir détecter si une touche est actionnée

CH2= C2

5- Conclusion

Il est maintenant possible de compléter tout le programme de la carte BC43 (voir annexe 4)

3- Transmission de l'information au DC11

Rappel: -Les bits transmis vers la carte DC11 le sont dans l'ordre anti-chronologique. Donc sur l'oscilloscope les bits sont à lire de la droite vers la gauche.

-Pour pouvoir visualiser la trame il faut régler l'oscilloscope en mode mono-coup (donc il faut préparer à l'avance les paramètres de réglage de l'oscilloscope).Ici la trame dure 37,4ms, donc il faut prendre 500µs/division5V au maximum sur Tx, donc il faut prendre 2V/div

CH1 = Rx

CH2 = Tx

Bit de start

Transmission d'un octet en ASCII(voir extrait de code ASCCI ci-joint + annexe 9)

La transmission est codée en ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

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Les trames des différentes touches actionnées peuvent alors être décodées (voir annexe 8)

4- Emission de BIP

Rappel: Le son dure 120ms et la fréquence du signal est de 833HzSignal du speaker:

Le signal est conforme à ce qui était attendu. En effet la durée est de 125ms (proche de 120ms) et l'amplitude est de 5V. Et il s'active lorsque l'on appuie sur n'importe qu'elle touche.

Le signal est conforme à ce qui était attendu, soit le graphe ci-dessous:

5- Conclusion

Il a été étudié dans ce chapitre tout le clavier matricé, avec le programme qui permet son bon fonctionnement. On remarquera que le clavier matricé permet de réduire le nombre de ports utilisés sur le microcontrôleur (3colonnes + 4lignes = 7 au lieu de 12 car 12boutons).VII/ Etude du rétro éclairage

1- Introduction

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120 ms

t

Signal buzzer

1,20 ms


Le clavier est en général utilisé en dehors des horaires d'ouverture par les médecins. C'est donc souvent la nuit qu'il est utilisé, il nécessite donc un rétro-éclairage, en particulier lorsque celui-ci est dehors pour pouvoir composer le code. Sur l'OTE existant le rétro-éclairage s'effectue sur 4 LED. Sur l'OTM il n'y a qu'une seule LED en particulier, je pense, pour réduire le coup de la carte. Il est donc intéressant de savoir si la structure de l'OTM est capable de commander quatre LED.

2- éclairage avec 4 LED

La fonction de rétro éclairage de la carte BC43est effectuée par FS34. Schéma de droite:

La tension aux bornes de la diode a étémesurée de: Ud7=2,4V

Et pour calculer le courant il faut déterminerla tension aux bornes de la résistance R24,puis faire une loi d'ohm, soit:I = Ur24 / R24 = (9,2-2,4) / 330 = 6,8/330I= 20,6mA

-Pour avoir 4 LED il y a 2 possibilités, soit mettre les diodes en parallèle, soit en série.Diodes série: Diodes parallèle:il y a donc toujours la même tension Il y a le même éclairage, car le courant et il y a le même courant également, donc il parcourant chaque diode est égaly a le même éclairement.

Puisque chaque diode à une tension de seuil de 2,4V, alors le calcul du courant: (avec R=150Ω)-Diodes série: I= (9,2 – 2,4 – 2,4) / 150 = 45mA-Diodes parallèle: I= (9,2 – 2,4) / 150 = 29,3mA

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-Diodes série: P= UxI = 9,2 x 45mA = 414mW-Diodes parallèle: P= UxI = 9,2 x 29,3mA = 269mW

Donc pour le même nombre de composants les diodes montées en parallèle consomment moins de courant.

-Après avoir réalisé un cablage de 4 LED en parallèle il a été vu que plus il y a de LED et plus l'intensité lumineuse diminue.

3- Commande d'allumage de la LED

Remarque: sur le premier schéma la diode D8 sert à fixer une tension égal à 10V.

Schéma d'allumage de la LED selon la commande:

Dans notre cas la commande correspond à la sortie RB1 du microcontrôleur.

4- Conclusion

Cette fonction peut également être réalisée sur l'OTE il n'y a pas d'autre contrainte particulière comme il a été démontré précédemment. Les 4 LED de l'OTE pourront alors éclairer l'utilisateur lorsque celui-ci composera son code.

VIII/ Etude la communication ASCII entre le DC11 et le SR32i

1- Introduction

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Dans l'OTE, rappelons-le, le module SR32i n'est pas un ordinateur mais bel et bien une carte. Il convient de toute facon dans les deux cas de pouvoir échanger des informations entre ces deux modules. Le fabricant a alors choisi d'opter pour une liaison série asynchrone pour effectuer cette communication. Il convient alors de vérifier la conformité des informations transmises entre ces modules. Le code ASCII sera de nouveau solliciter tout comme il l'a été pour communiquer entre la carte BC43 et la carte DC11.Remarque: la transmission entre les deux cartes obéit à la norme: RS232c (transmission série asynchrone).

2- Nature des informations transmises et format de leur codage

a) SR32i vers le DC11:

Selon les différentes commandes, qu'ordonne le SR32i au DC11, il y a des nombres d'octets différents, et des valeurs hexadécimales différentes également. Toutes les fonctions, et leur codage hexadécimal sont résumés dans ce tableau:

Message du SR32i vers le DC11 Codage en hexadécimal Nombre d'octetsRequête vers le DC11 d'adresse 21 04 21 2Requête vers le DC11 d'adresse 31 04 31 2Back Light 01 21 02 21 26 32 03 13 8Key Sound 01 21 02 21 50 32 03 13 8DEL Rouge 01 31 02 22 24 30 31 32 30 30 30 30

30 31 30 30 31 03 1319

DEL Verte 01 31 02 22 24 30 33 32 30 30 30 30 30 31 30 30 31 03 13

19

Ouvrir (durée d’ouverture = 5 s) 01 31 02 22 23 30 31 32 30 35 03 13 12Ouvrir (durée d’ouverture = 26 s) 01 31 02 22 23 30 31 32 32 36 03 13 12Ouvrir (durée d’ouverture = 47 s) 01 31 02 22 23 30 31 32 34 37 03 13 12Fermer 01 31 02 22 23 30 31 31 34 37 03 13 12

Selon la documentation sur le ASCII (annexe 9), on peut en déduire que:30 35 (hexa (ASCII)) = 0 5 (décimal)32 36 (hexa (ASCII)) = 2 6 (décimal)34 37 (hexa (ASCII)) = 4 7 (décimal)

Donc le SR32i envoie des informations telles que l'ouverture, ou la fermeture de la porte à des vitesse définies, il est alors indispensable que la carte DC11 puisse pouvoir traduire convenablement les informations reçues. Ces pourquoi une norme est utilisée.

b) DC11 vers le SR32i:

Lorsqu'une touche est actionnée sur le boitier il faut que la carte SR32i puisse le repérer. Une information est alors transmise à travers la liaison série asynchrone de norme RS232c. Voici le même tableau que le précédent, mais cette fois-ci pour les informations qui vont de la carte DC11 vers le SR32i:

Message du DC11 vers le SR32i Codage en hexadécimal Nombre d'octetsEOT (end of transmission) 04 1ACK (Acknowledge) : accusé réception 06 1

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touche 1 01 21 64 61 02 22 22 31 1E 03 7F 00 12touche 2 01 21 64 61 02 22 22 32 1E 03 7F 00 12touche 6 01 21 64 61 02 22 22 36 1E 03 7F 00 12touche 9 01 21 64 61 02 22 22 39 1E 03 7F 00 12touche A 01 21 64 61 02 22 22 41 1E 03 7F 00 12touche B 01 21 64 61 02 22 22 42 1E 03 7F 00 12Sabotage BC43 01 21 64 61 02 22 22 53 1E 03 7F 00 12

Remarque: Le 8ème octets est celui qui différencie les différentes trames. C'est lui qui permet de savoir quelle touche à été actionnée, en effet:touche "1" correspond à la valeur ASCII hexadécimal: 31. Cela a été trouvé dans le tableau ci-dessus, de plus ce sont les même valeurs que dans l'extrait du code ASCII donné à la page 25 (voir également annexe 9).De même: touche "A" correspond à la valeur hexadécimal: 41

Donc, le codage en hexadécimal permet bien de savoir quelle touche a été appuyée.

3- Caractéristiques de la communication

Dans les options du logiciel SR32i, il est possible de connaitre les caractéristiques de la communication, soit:

soit une vitesse de 19200 bauds soit un nombre de bits du mot de: 8

soit un nombre de bits de stop de: 1 et sans contrôle de parité

durée de transmission d'un bit:

rappel: 1baud = 1bit/sdonc: durée d'un bit = 1/ vitesse en baud

dans notre cas on a une vitesse de 19200 bauds, donc il y a 19200 bits transmis en une seconde. On souhaite déterminer pour un bit, sa durée, soit:durée d'un bit = 1/19200 = 0,052ms = 52µs

4- Adaptation de tension pour la liaison RS232c

Rappel: La norme SR32i impose que le Niveau Logique 1 soit égal à -12V et que le Niveau Logique 0 soit égal à +12V.

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Or le microcontrôleur (qui transmet les informations) ne peut délivrer de telles tensions (voir question: "III/2)1)" pour un rappel). Il doit donc y avoir une adaptation de tension pour pouvoir passez de 0V-5V à ±12V et de ±12V à 0V-5V.

Les deux broches du microcontrôleur utilisées pour cette liaison RS232c sont: Tx (broche 25) et Rx (broche 26).Donc: Txi (0V-5V) devient: Tx32i (±12V) et Rxi (0V-5V) devient: Rx32i (±12V)

CH1: Rxi

CH2: Rx32i

Les signaux sont conformes à ce qui était attendu, puisque:lorsque Rxi = 0V (NL0) alors: Rx32i = +12V (NL0)et lorsque Rxi = +5V (NL1) alors: Rx32i = -12V (NL1)Remarque: On remarque que le codage utilisé est de nouveau le codage ASCII.

5- Configuration du registre SPBRG du microcontrôleur

SPBRG = Speed Baud Rate Generator. C'est le registre qui permet de définir la vitesse de transmission. Il prend donc un baud et l'envoie en série à une certaine vitesse.

Voici un extrait de la documentation du PIC 16F870-1:

Donnée: TXSTA = A4 (hex)ainsi avec le tableau précédent il est possible de trouver ceci:

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Grâce à ce tableau il est alors possible de pouvoir trouver quelle est la formule de calcul du Baud, qui est lui aussi disponible dans la documentation constructeur:

Si la valeur de X est de 15, alors:Baud Rate = Fosc (fréquence d'oscillation) / (16(15+1))Or la fréquence du quatz est de: 4.615.200Hz

Donc: Baud Rate = 4.915.200 / (16x16) = 4.615.200 / 256 = 19.200 baudsLa valeur à retrouver était de 19.200 Bauds, donc le résultat est conforme à ce qui était attendu.

6- Visualisation de trame du DC11 vers le SR32i

L'oscilloscope visualisera Rxi (sur CH1) et Txi (sur CH2). Il sera paramétré avec: 2V/division (car Txi est un signal logique 0v-5V) ; 250µs/division ; et il sera bien sûr réglé en mode: mono-coupsoit:

CH1: Rxi

CH2: Txi

durée = 468µs

On remarquera, que la transmission ne se fait que sur: Txi , puisque l'information est transmise vers le SR32i (T de Txi: Transmission, et R de Rxi: Réception)Analyse de trame:A l'aide du programme: 1.c le PIC a été reprogrammé, pour envoyer les informations "A" et "P", soit:

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/******************************************************************************//* Programme Emission d'un caractère carte DC11 --> PC *//******************************************************************************/#include "pic1687x.h"

void Attendre(unsigned int x) {unsigned int dt, a; a=0; while (a<20) {

for (dt=0;dt<x;dt++);a++;}}

void main(void) { TRISA = 0xFF; // configure les sorties utilisées du port A TRISB = 0xFD; // configure les sorties utilisées du port B TRISC = 0x80; // configure les sorties utilisées du port C TRISD = 0x12; // configure les sorties utilisées du port D TRISE = 0x06;

SPBRG=15; // Communication RS232: 19200 bauds car: Fosc=4.9152MHz TXSTA=0xA4; // Horloge interne, 8 bits, Async, High Speed RCSTA=0x90; // Enable USART, Enable Receeive, // disabled framing and Overrun, errors while(1) { while (TRMT == 0); // attendre que le dernier octet soit transmis TXREG = 'A'; // Envoyer le code de nos initiales TXREG = 'P'; // Envoyer le code de nos initiales Attendre(10000); }

}

Ce programme va donc envoyer un "A" suivi d'un "P" vers le SR32i.La trame ainsi envoyée est représentée ici (CH2 = Txi):

Le code est donc: 0.1000.0010.10.0000.1010 (remarque: -en rouge: bit de start ; -en vert: bit de fin)

En ASCII, la lecture des bits se fait de la droite vers la gauche ( le LSB se trouve à gauche, et le

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MSB se trouve à droite). Donc le code ci-dessus peut se transformer pour être plus lisible, cela donne: 0101.0000.0100.0001

5 0 4 1 (hexa) P A (ASCII voir annexe 9)

Puisque j'ai inversé toute la trame, les 2 lettres arrivent bien dans le sens: "A" puis "P". Donc le codage représente bien ce qui à été placer dans le programme.

7- Conclusion

Cette étude de la communication entre le DC11 et le SR32i a permis d'assimiler le codage ASCII, tout autant que la norme RS232c. Mais également la vitesse de transmission entre la carte DC11 et le SR32i, qui rappelons-le est une carte dans l'OTE, et qui dans notre étude est un ordinateur. La formule pour déterminer la vitesse de transmission a prouvé qu'il était important d'avoir un quartz avec une fréquence précise.

IX/ Conclusion

Tout au long de l'étude de ce projet, de nombreuses notions ont été abordées aussi bien en électronique, en physique, et en mécanique. Ces nombreuses notions tel que le codeur incrémental, ou encore le pont en H, sont des systèmes très courants en industrie et je pense donc qu'il est indispensable de les étudier au moins une fois lors de son cursus scolaire.Je suis heureux d'avoir des connaissances de certaines normes, tel que la liaison RS232c, ou bien encore le codage ASCII (American Standard Code for Information Interchange).Je suis tout autant ravi d'avoir pu analyser le fonctionnement d'un objet réel, dans sa totalité. J'ai eu un sincère plaisir à effectuer mes Travaux Pratiques pour pouvoir comprendre le mécanisme des cartes étudiées.Enfin j'ai été heureux d'avoir pu me perfectionner dans l'écriture d'un programme en C pour un microcontrôleur (ce qui est indispensable maintenant, en électronique).Je regrette cependant une chose, que la partie mécanique de ce projet n'est pas été plus à aborder lors de la rédaction de ce dossier, car elle joue tout de même un rôle important.

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Documents

· Web viewBAC STI ELECTRONIQUE 2006. CONTROLEUR D'ACCES Controleur d'accès Objet technique modifié. Sommaire. I/ Présentation p3. II/ Etude de la variation d'un moteur piloté